[发明专利]一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及系统

说明书

本申请公开了一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取朝向和姿态数据，所述朝向和姿态数据为通过惯性传感器对人体躯干进行跟踪获得；根据所述朝向数据控制虚拟角色的移动方向；根据所述姿态数据控制所述虚拟角色的行走动作。本申请克服了视觉感知和身体感知之间的差异给使用者带来强烈的晕眩感；同时整套设备不仅体积小(大大低于全向移动平台、跑步机及空间动作捕捉设备)，而且价格非常低，适合家用消费娱乐；另外，采用本申请的技术对虚拟世界人物进行行走控制，不受空间限制，可以在虚拟现实世界里的任意方向移动任意距离。

技术领域

本申请涉及一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及系统，属于虚拟现实技术领域。

背景技术

在虚拟现实环境中，使用者需要在虚拟世界中进行移动和漫游，常见的移动控制方法有以下几种：

1、方向控制按键：使用者通过控制手柄、键盘按键等设备上的按键、摇杆等，控制移动方向和速度。这种方式廉价、可靠，但是使用者带上头戴式显示设备后，拥有高度沉浸的视觉体验，在使用按键控制移动和转向时，身体感知运动状态的前庭器官没有感知到对应的移动，视觉感知和身体感知之间的差异，会给使用者带来强烈的晕眩感；

2、全向移动平台：使用者站在全向移动平台上，能在原地实现任何方向上的行走跑步动作。这种方式在虚拟现实环境下能大大降低视觉感知和身体感知之间的差异，消除使用者的晕眩感，但是全套设备体积大、造价较高，不适合家用消费娱乐；

3、固定环境中的位置捕捉(如申请号为201110430789.0的专利申请所公开的“三维虚拟世界的骨架控制”)：使用者在固定的环境中，周边安装位置跟踪装置，对使用者的位置进行捕捉，使用者在一定空间内的移动动作能映射到虚拟世界中，从而实现一定范围的移动控制。这种方式对环境要求比较高，无法实现在大范围虚拟世界的移动。根据检索，目前，还没有一种能够同时解决以上问题的技术出现。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及系统，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是视觉感知和身体感知之间的差异给使用者带来强烈的晕眩感、全向移动平台全套设备体积大且造价高以及无法实现在大范围虚拟世界进行移动的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用如下的技术方案：一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法，包括以下步骤：

S1，利用惯性传感器对人体躯干的朝向和姿态进行跟踪；

S2，利用获取的人体躯干朝向控制虚拟世界人物的移动方向；同时利用获得的姿态角控制虚拟世界人物的行走动作。

优选的，步骤S2还包括，通过计算陀螺仪的角速度值在时间上的积分获得当前人体躯干的朝向和姿态角，具体的说，首先，所述的陀螺仪可借助磁力计测量地球磁场而获得垂直于地面的方向；其次，陀螺仪可测得角加速度值，通过将该角加速度值在时间上积分即可获得角速度值；再次，通过将角速度值在时间上积分即可获得角度值；最后，将该角度值与先前得到的垂直于地面的方向进行比较，即可精确的测得人体躯干的朝向和姿态角。

更优选的，步骤S2还包括：采用梯度下降法对姿态角的误差函数进行迭代计算，不断矫正误差，直到当次迭代过程中的误差值处于设定的范围内，从而使得姿态角计算更加灵敏准确。

进一步优选的，所述的采用梯度下降法对姿态角的误差函数进行迭代计算的过程中，在时间上求积分时，利用周期性出现的参考点将整个积分过程分为多个段，防止不同段间的误差传播累积；同时通过中值滤波法对每个段内的误差进行抑制。

前述的基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法中，步骤S2所述的利用获取的人体躯干朝向控制虚拟世界人物的移动方向具体包括：人体躯干朝向被惯性传感器获取后，传至计算控制平台，计算控制平台运行应用程序用于仿真模拟出虚拟现实环境，仿真模拟的虚拟现实环境中的人物朝向由惯性传感器所获得的躯干朝向数据进行控制。